機(jī)器人視覺使機(jī)器人具有視覺感知功能的系統(tǒng)，是機(jī)器人系統(tǒng)組成的重要部分之一。機(jī)器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過視覺處理器進(jìn)行分析和解釋，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為符號(hào)，讓機(jī)器人能夠辨識(shí)物體，并確定其位置。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，具有類似于人類視力的機(jī)器人系統(tǒng)不再是科幻小說中的夢(mèng)想。今后，3D視覺系統(tǒng)將成為機(jī)器人系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)附加設(shè)備，攜手機(jī)器人共同打造夢(mèng)幻般視覺。

過去幾年來，這個(gè)以知識(shí)為導(dǎo)向的產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷機(jī)器視覺系統(tǒng)的元件與模組日益復(fù)雜化；另一方面，與機(jī)器視覺系統(tǒng)相關(guān)的市場(chǎng)應(yīng)也持續(xù)擴(kuò)展到超越工業(yè)制造以外的新應(yīng)用領(lǐng)域，特別是如今當(dāng)硬體尺寸縮減以及嵌入式系統(tǒng)持續(xù)展現(xiàn)動(dòng)能之際，即將來臨的奈米技術(shù)、先進(jìn)感測(cè)器、機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）通訊系統(tǒng)以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等新興技術(shù)發(fā)展，將進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)器視覺應(yīng)用擴(kuò)展至消費(fèi)性電子、可穿戴式裝置、汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）以及智能化監(jiān)控等更貼近大眾生活的領(lǐng)域。

全球機(jī)器視覺市場(chǎng)可望在2018年以前超越50億美元大關(guān)。

視覺處理向3D跨越

隨著Google正式發(fā)布ProjectTango后，3D機(jī)器視覺變得更熱門。Kingston表示，“消費(fèi)領(lǐng)域的3D處理主要瞄準(zhǔn)3D成像、自然使用者界面（NUI）和3D視覺應(yīng)用，如PC、筆記型電腦、平板電腦、智能手機(jī)和其它消費(fèi)性設(shè)備。”

業(yè)界追尋3D視覺的主要原因在于解決2D機(jī)器視覺的固有局限，若能更有效地實(shí)現(xiàn)在分割（分離近景和遠(yuǎn)景）、照明（用于人臉辨識(shí)）、相對(duì)位置（場(chǎng)景中的物體）等方面的功能，就能讓更多應(yīng)用透過3D空間資訊來簡(jiǎn)化并提高視覺系統(tǒng)的精密度與可靠性。

但無論是3D感測(cè)器（例如TOF相機(jī)）或以2個(gè)2D影像感測(cè)器實(shí)現(xiàn)的立體感測(cè)器，對(duì)于處理能力的要求也更高。Wilson指出，“立體匹配（使用兩個(gè)影像感測(cè)器的輸入）要求差異映射來產(chǎn)生3D景深圖。這是一個(gè)非常困難的電腦視覺問題，學(xué)術(shù)界也積極研究最佳化立體辨識(shí)演算法。”由于實(shí)現(xiàn)3D感測(cè)的每一種方法都存在性能的折衷，CogniVue目前正開發(fā)一種新的演算法，期望針對(duì)低成本3D感測(cè)器計(jì)算其視差圖。

處理大量即時(shí)資料需要密集的運(yùn)算能力。若是想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的3D感測(cè)映射是非常困難的，特別是對(duì)于低功耗的設(shè)備來說。為此，他強(qiáng)調(diào)，“CogniVue的APEX影像辨識(shí)處理（ICP）技術(shù)能在電量有限的3D視覺應(yīng)用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。”

對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說，設(shè)計(jì)一款能有效執(zhí)行不同視覺演算法的硬體是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)廠商選擇影像/視訊處理解決方案時(shí)，可以選擇全部集中在CPU完成，也可以選擇卸載一部份影像處理工作給GPU，或者專為影像處理增加硬體邏輯。在需要3D處理的應(yīng)用中，GPU已經(jīng)讓系統(tǒng)的一部份執(zhí)行多種電腦視覺演算法，從而有助于為通用CPU分擔(dān)工作負(fù)載。

“i.MX6擁有強(qiáng)大的GPU運(yùn)算能力，其3D引擎GC2000內(nèi)含4個(gè)渲染核心，可提供高達(dá)30GFLOPS的運(yùn)算能力，支援OpenCL1.1EP，”飛思卡爾（Freescale）微控制器事業(yè)部亞太區(qū)市場(chǎng)行銷和業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理李星宇介紹，“此外，i.MX6Q還擁有一個(gè)專用的2D引擎（1Gpixel/s）和一個(gè)向量繪圖處理引擎。”

針對(duì)影像擷取領(lǐng)域，經(jīng)常利用2D相機(jī)感測(cè)器或其他光學(xué)感測(cè)技術(shù)來分析運(yùn)算3D資料。除了飛行時(shí)間法（TOF）3D成像（為目標(biāo)物連續(xù)發(fā)送光線脈沖，根據(jù)光線脈沖與感測(cè)器接收反射光線之間的時(shí)間，計(jì)算出目標(biāo)物距離），在工業(yè)制造檢測(cè)方面較廣泛應(yīng)用的是3D雷射三角法，差別在于3D雷射感測(cè)器采用逐點(diǎn)掃描，而TOF相機(jī)則同時(shí)得到整幅影像的深度資訊。

相較于雷射三角的3D成像方式，美商國(guó)家儀器（NI）技術(shù)行銷工程師黃翔鉎介紹，NILabVIEW可為3D視覺應(yīng)用提供雙目立體視覺功能，工程師可將2部相機(jī)安裝在物體的不同角度后，使用校準(zhǔn)技術(shù)調(diào)校兩部相機(jī)之間的畫素資訊以及擷取資料，并透過LabVIEW的3D工具庫進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算分析。透過一個(gè)軟硬體無縫整合的繪圖開發(fā)環(huán)境來設(shè)計(jì)3D視覺應(yīng)用，更能簡(jiǎn)化工程師的工作。

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